DESCRIPTION DES DIVERS TYPES DE POMPE A AIR

Voici quelques exemples de dispositifs de pompes à air. Au point de vue du fonctionnement, les pompes à air peuvent être à simple ou à double effet ; au point de vue de la disposition, elles peuvent être verticales, inclinées ou horizontales.

Pompe à air verticale de Brown {/ig. 294). — Le système comprend deux corps de pompe fonctionnant à simple effet. L'aspiration se fait en A, et le refoulement en U. Les cla-

p:^ls d'aspiration s, s, sont en caoutchouc et viennent s'appliquer sur une grille circulaire suffisamment serrée, afin de rester plans pendant le refoulement. Leur levée est réglée par le buttoir tt.

^nnivWWWÎy

Fio. 294. — Pompe à air Brown.

Les clapets de refoulement sont annulaires et restent plans pendant leur levée ; le mouvement est guidé par un manchon à nervures m glissant le long de la tige même du piston.

Pompe verticale Wehyer et Richemond (fig. 295). — Le dispositif est le même que le précédent, avec cette particularité, toutefois, que, pour augmenter la section de passage, les clapets sont étages à l'aspiration, comme au refoulemenL

Pompe à air verticale du Creusut [fig. 296). — Le corps de pompe est ici muni d'un clapet de pied p et d'un clapet de

mNDENSATlON DE r,A YAPEL'B

tèto ^ La tubulure d'échappement R comporte un mat«kis d'air qui est destiné à atténuer les chocs, mais qui peut aussi favoriser les rentrées d'air.

Pompe à air horizontale à double effet, — Les pompes à air horizontales sont presque toujours à double efTet.

La figure 297 indique un dispositif général, fréquemment employé.

Fio. 297.

Les clapets d'aspiration A se trouvent à la parli^ inférieure; ceux de refoulement R, à la partie supérieure. Un diaphragme D isole les deux moitiés du cylindre et permet la marche à double effet. La bûche est librement ouverte à la partie sup('^rieure; mais il faut disposer rorifîce d'échappement à une hauteur suffisante au-dessus des clapets pour que les renlnées d'air ne puissent pas se produire. Pour éviter ces rentrées d'air au pourtour de la tige du pistou, on

installe un dispositif spécial qui permet d'entourer d'eau les preKse'étoupes, afin de remplacer les rentrées d'air par des rentrées d'eau. Ce détail est d'ailleurs commun à la plupart des systèmes de pompes de ce gèure.

Les autres jfompes à air horizontales ne diffèrent de la précédente que par les dispositions relatives des clapets d'aspiration ou de refoulement et du piston ou par le système de clapets employés.

Dans une disposition récente, la Maison Farcot emploie deux groupes de clapets d'aspiration : l'un h la partie basse du condenseur, l'autre à la partie haute. I^ premier donne passage il l'eau, et l'autre à l'air. I.e vide est sensiblement amélioré.

Clapets transatlantiques. — On remplace fréquemment les clapets en caoutchouc sur grille par des clapets métalliques en cuivre rouge dits clapets trartsatlanliquen {fig. 29S).

Ce clapet est plan et annulaire ; le bord intérieur est relevé et peut glisser sur la partie cylindrique d'un boulon à quatre nervures. Le clapet est maintenu fermé par un ressort qui se loge, à la montée, dans une cloche fixée au bouionet limitant également la course du clapet. Ces clapets, qui peuvent avoir de O^.ûi à 0" ,03 de diamèlre,ne font aucun bruit et produisent un vide excellent.

Les dispositifs de commande des pompes h air sont très variés. (Is peuvent s'appliquer à des pompes verticales, inclinées ou horizontales.

Commande directe. — La commande peut être elTectuée par un simple prolongement de la tige du piston à vapeur; mais, si l'on ne prend certaines précautions, il peut se produire des chocs très violents, par suite de la dilTérence de vitesse existant en certains points de la course entre le piston et l'eau adluenle. Pour éviter cet inconvénient, le piston à air est noyé pendant toute la course. En outre, l'espace compris entre les presse-étoupes est plus grand que la lige du piston, pour que cette dernière ne plonge pas alternativement dans la pompe à air, puis dans le cylindre à vapeur, ce qui augmenterait la condensation dans le cylindre.

I.B commande peut aussi s'effectuer par la traverse même du piston, comme l'indique la figure 299, dans laquelle la tige du piston est dédoublée et porte sur le palier de tête de bielle un coulisseau rattaché à la tige du Fki, 299. piston de la pompe à air qu'il

commande. La glissière de ce coulisseau est fixée au couvercle de la pompe b, air.

Commande par leviers et batanciers. — La figure 300 représenta un dispositif de commande directe pour pompe hari-

zonlale, à l'aide d'un bakncier oscillant dans un plan vertical autour d'un axe situé sous le bâti; ce balancier est attaché par bielles à la traverse du piston à vapeur.

Dans la ligure 301, la pompe à air est verticale, et la commande est prise sur le manneton de la manivelle. La pompe

Fia. 301.

alimentaire est mue ellc-mt^me par l'intermédiaire d'un balancier oscillant commandé par la travei-se du piston de la pompe à air.

Les pompes à air des machines-pilons peuvent aussi être commandées par balanciers, ainsi que l'indique la ligure 30â, qui se comprend à simple inspection.

Eolin, dans la figure 303, on aura un exemple de commande

de la pompe à air du système Bruwn, qui a été décrite cidessus. Ici le proloDgement Ac. la tige du piston à vapeur

agit directement sur la branche verticale d'un balancier en T, dont les deux branches horizontales commandent les pompes à simple efTel.

Le prolongement de la lige du piston porte i 4ui se meut le long d'un coulisseau spécial.

La disposition des pompes à air par rapport au cylindre peut évidemment varier beaucoup ; il faut cependant disposer les choses de manière à permettre une visite constante et facile des clapets, et, par suite, rendre la pompe à air facilement accessible.

Le départ du conduit d*échappement au condenseur devra toujours être placé à la base du cylindre même, s'il doit ensuite se relever pour rejoindre le condenseur. Cela permet à l'eau condensée de faire retour au condenseur. Si la conduite se relève, on place un purgeur automatique au point le plus bas.

Quand une usine comporte un certain nombre de machines voisines, on emploie quelquefois un condenseur commun. %

Cette disposition est parfois très avantageuse ; mais, si les canalisations deviennent un peu longues, il est difficile de les conserver suffisamment étanches.

ETUDB DU FONCTIONNEMENT DU CONDENSEUK

Quantité d'eau à injecter, — Une fois le régime établi au condenseur, le fonctionnement dépend évidemment de la pression de la vapeur dans Tappareil, qui résulte elle-même de la température 6 de ce dernier. Or cette température 0 ne pourra jamais être plus basse que celle de l'eau affluente ; comme on va le voir, elle lui sera même toujours supérieure.

La machine envoie par seconde un poids de vapeur p, qui contient une quantité de chaleur pX (X .— 606,5 + 0,3051). Le condenseur reçoit, de son côté, dans le môme temps, un poids d'eau réfrigérante P à la température t. Si 0 est la température au condenseur, il est clair que l'on a :

en d'autres termes, la chaleur gagnée par l'eau égale celle perdue par la vapeur.

Pour que la pression au condenseur soit le plus faible possible, il faut que la température soit le plus faible possible, c'est-à-dire que 8 ni: f, température de l'eau affluente.

MACHINES A Vi

Or on a:

Si 0 ty on a :

H faudrait donc un poids infini d'eau pour avoir au condenseur la température t. Si Ton suppose connues les quantités pX et t, il reste deux variables P et 0.

Pour une température déterminée t de Teau, on pourra

construire une courbe des variations de — pour différentes

valeurs données à 6, température du condenseur.

p Pour un rapport - constant, la température et la pression

du condenseur vont naturellement en augmentant avec

la température de Teau réfrigérante. En moyenne, pour

t =1 15°, on prend — = 30, pour une température de 35« au

condenseur.

En prenant de l'eau à 15®, par exemple, on verrait qu'à

partir d'une température de 35° au condenseur le rapport —

et, par suite, la quantité d'eau augmenteraient très rapidement, si l'on voulait encore diminuer la température et, par suite, la pression au condenseur.

La condensation est, en général, assurée dans de bonnes conditions, quand on dispose de 1 mètre cube d'eau pour 3 chevaux-vapeur.

Introduction de l'eau au condenseur. — 11 est assez difficile d'envoyer la quantité d'eau exacte à chaque échappement de vapeur. Aussi laisse-t-on une certaine quantité d'eau dans le condenseur même.

Le réservoir est placé à un niveau inférieur au condenseur, pour que l'eau ne rentre pas dans la machine au moment des arrêts.

Si l'eau est prise dans un puits, l'aspiration peut se faire

directement jusqu'à 7 mètres environ. Il est bon d'avoir une pompe spéciale qui relève l'eau dans un réservoir quand le niveau d'aspiration est à une profondeur plus grande que 7 mètres.

Volume de la pompe à air, — L'eau aflluente contient de l'air qui se dégage dans le condenseur à une pression h\

A chaque cylindrée, la machine envoie au condenseur un volume de vapeurV (y compris l'espace mort), à une densité 8. Cette vapeur condensée a un volume V; son poids est donc de V kilogrammes, et l'on a par suite :

p Etant donné que - ziz p, le volume d'eau réfrigérante sera:

V^ = pV5.

C'est ce volume V| qui contient en dissolution une fraction — d'air dissous à la température t de Teau et à la pression

atmosphérique H. Le volume d'air est donc — *•

Ce même volume d'air introduit dans le condenseur est ramené à la pression h' et à la température 6 de ce dernier. Il est donc :

Une partie de ce volume se dégage dans le condenseur ; mais il reste pour le volume d*eau V^ du condenseur une

certaine fraction — d'air dissous.

La quantité d'air dégagée sera donc :

Xi H

Les fractions — et — sont égales en moyenne à — •

Le volume d^air dégagé est donc :

Soit G le volume du condenseur; avant Farrivée de vapeur et d'eau, ce volume est à la pression h' ; après Tarrivée de vapeur et d'eau et le dégagement d'air, ce volume C devient :

C — (V 4- V< + Va) à la pression h[, et l'on a:

Ch' = [C-{\" + \\-^\^)]hi

Le rôle de la pompe à air est de ramener par son volume propre ce volume à la pression normale h'. Soit A le volume de la pompe à air ; on doit donc avoir :

[C (V + v^ + Va) + x]h'=z [C - (v + v^ + v,)]^^; = en ;

d'oii Ton tire :

A =. V + V^ + Va.

En remplaçant V, V^, Va par leurs valeurs, on a:

A ^ VS [l + P.+ ^ (I [1 + «(0 - t)] - l)].

V étant le volume d'une cylindrée de la machine, y compris l'espace mort.

Ce volume A est le volume d'une cylindrée de pompe à air, si la pompe est à double effet.

Si elle est à simple effet, ce volume A doit évidemment être doublé.

Enfin il faut tenir compte du rendement mécanique de la pompe, qui peut être pris égal à 0,75, de sorte que Ton a :

Pour une pompe à simple effet :

iS[^ + p+è(Ft' + «(«-'"-')]'

CONDENSATIOxN DE LA VAPEUR 411

pour une pompe à double effet-:

La densité B de la vapeur devra être prise ici la plus forte possible, c'est-à-dire devra correspondre à la pression maxima d'échappement, soit pour la marche à pleine admission.

Travail dépensé par la pompe à air, — Ce travail se compose de deux parties : celle destinée à expulser le mélange d'air et de vapeur et celle destinée à l'évacuation de l'eau.

La formule précédente donnant le volume d'une pompe à simple effet peut se décomposer en deux parties :

1® Volume d'air et de vapeur :

2* Volume d'eau :

Or l'évacuation se fait j)ar ordre de densité.

L'air qui se trouvait à la pression h' est évacué le premier et passe à la pression H de l'atmosphère. II est donc comprimé.

L'eau est ensuite évacuée et pass^ de la pression h du condenseur à la pression atmosphérique.

Cette pression h est égale à la pression h' de l'air augmentée de celle h' provenant de la vapeur tl'échappement.

Le travail nécessaire à comprimer le volume A'^ d'air à la pression A, au volume B'i, à la pression H, est exactement le même que celui qui serait fourni par ce même volume d'air B'|, se détendant de la pression H à la pression h' sous le volume AV Ce travail a, comme on le sait, pour expression :

(?;=:= BjHlognép"

412 MACHINES A YAPECJR

et comme on doit avoir :

il eu résulte que Ton a :

^4 = k[h' lognép -r,'

I.e volume d'eau reste constant, mais passe de la pression A à la pression H. Le travail nécessaire à son expulsion sera donc :

Çi = Aj(H — A).

Le travail résistant de la pompe à air sera donc : G' = V>[ + Gi = k[k' lognép -^ + Aï (H — /i),

et cela pour un tour de la machine.

Si on appelle H^ l'ordonnée moyenne du diagramme, et V le volume du cylindre (qui diffère du précédent par l'espace mort), on aura pour expression du travail pour un tour :

h étant la contre-pression au condenseur. I^e travail réel produit aura donc pour un tour la valeur

C5 — S' Ç — îr', et pour une course la valeur — r — j soit:

£-^ = V(H,-ft)-|,

soit encore :

VH,-(VA + |):

Le terme soustractif entre parenthèse représente le travail résistant réel, y compris le travail de la pompe à air. Ce ravail peut être mis sous la forme V/i^, et Ton aura :